Устройство для измерения электромагнитных параметров материалов
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении магнитной восприимчивости и удельной электропроводности горных пород и руд образцов, в обнаружениях, на стенках горных выработок , в скважинах и т. п. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства. Питание трансформаторного моста 2, образованного катушками 4 и 5 и секциями 6 и 7 первичной обмотки трансформатора с сердечником 8 и вторичной обмоткой 9, осуществляется от автогенератора 1. Напряжение на обмотке 9 регистрируется измерительным блоком 3. Повышение чувствительности обеспечиваеся путем увеличения амплитуды напряжения питания моста и его включения по схеме компаратора тока. 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении магнитной восприимчивости и удельной электропроводности горных пород и руд образцов, в обнажениях, на стенках горных выработок, в скважинах и т.д. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, содержащего генератор 1, трансформаторный мост 2 и измерительный блок 3. Генератор 1 выполнен по автоколебательной схеме, являясь генератором LC-типа, с выходами для подключения внешнего индуктивного времязадающего элемента, которым служит трансформаторный мост 2, который состоит из измерительной и компенсационной катушек 4 и 5 индукционного преобразователя и секций 6 и 7 первичной обмотки трансформатора. Объединенные выводы катушек 4 и 5 соединены с одним из выводов генератора 1, разноименные объединенные выводы секций 6 и 7 трансформатора подключены к другому выводу генератора 1. Трансформатор содержит также ферромагнитный сердечник 8 и вторичную обмотку 9, подключенную к входу блока 3. На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема генератора 1 и трансформаторного моста 2 устройства по п. 2 формулы изобретения. Генератор 1 выполнен на основе операционного усилителя 10, включенного по инвертирующей схеме: неинвертирующий вход усилителя 10 подключен к общей шине, а инвертирующий вход соединен с выходом операционного усилителя 10 через резистор 11 отрицательной обратной связи. Кроме того, выход операционного усилителя 10 резонансным конденсатором 12 соединен с точкой объединения выводов катушек 4 и 5 индукционного преобразователя, а точка объединения выводов секций 6 и 7 подключена к общей шине. Таким образом, конденсатор 12 и трансформаторный мост 2 образуют последовательный колебательный контур. Для возбуждения генерации инвертирующий вход операционного усилителя 10 конденсатором 13 положительной обратной связи соединен с точкой объединения выводов катушек 4 и 5. Между этой точкой и общей шиной включен двуханодный стабилитрон 14. К выводам выходной обмотки 9 трансформатора подсоединен конденсатор 15. Устройство работает следующим образом. В отсутствие исследуемого объекта трансформаторный мост 2 уравновешивается. При этом вследствие объединения разноименных выводов секций 6 и 7 напряжения на них взаимно компенсируются, а выходное напряжение обмотки 9 близко к нулю. Следовательно, трансформаторный мост в точках его подключения к выводам генератора 1 имеет в основном индуктивное сопротивление, определяемое параллельным включением катушек 4 и 5 индукционного преобразователя. Эта эквивалентная индуктивность трансформаторного моста 2 совместно с емкостным элементом генератора 1 образует колебательный контур, определяющий его частоту. При поднесении к катушке 4 индукционного преобразователя исследуемого объекта или при внесении его во внутреннюю полость катушки из-за намагничивания объекта и протекания в нем вихревых токов изменяются индуктивность и активное сопротивление этой катушки. В зависимости от конструкции индукционного преобразователя исследуемый объект на другую катушку 5 или вообще не воздействует, или же изменяет ее параметры в значительно меньшей степени, например, вследствие значительной удаленности исследуемого объекта от этой катушки. В итоге несколько изменяется частота генерации, баланс токов через катушки 4 и 5 и секции 6 и 7 нарушается. В выходную обмотку 9 трансформируется напряжение сигнала, имеющее две составляющие, сдвинутые одна относительно другой по фазе на 
/2 и пропорциональные соответственно магнитной восприимчивости и удельной электропроводности исследуемого объекта. Блок 3 усиливает сигнал, выделяет с помощью синхронного детектирования одну из составляющих и фиксирует выходное показание, пропорциональное магнитной восприимчивости или удельной электропроводности. Благодаря очень малым напряжениям на секциях 6 и 7 компаратора тока, напряжение питания трансформаторного моста 2 оказывается почти полностью приложенным к катушкам 4 и 5 индукционного преобразователя. Если к тому же мост 2 оказывается включенным с емкостным элементом генератора 1 в последовательный колебательный контур, то за счет резонанса напряжение на катушках 4 и 5 еще более возрастает. В итоге повышается чувствительность трансформаторного моста 2, так как возрастает выходной сигнал и увеличивается отношение сигнал/шум. К увеличению чувствительности приводит также настройка конденсатором 15 выходной обмотки 9 трансформатора в резонанс. Для экспериментальной проверки предлагаемого устройства был изготовлен его макет по схеме, изображенной на фиг. 2. Катушки 4 и 5 индукционного преобразователя были выполнены одинаковыми, соосными и установлены на общем каркасе квадратного сечения. Длина стороны общей внутренней полости составила 60 мм. Индуктивность каждой из катушек 4 и 5 была около 55 мГн, а активное сопротивление 31,5 Ом. Эквивалентная индуктивность моста 2 с учетом взаимной индуктивности катушек 4 и 5 оказалась равной 35 мГн. В качестве ферромагнитного сердечника 8 были использованы два ферритовых кольца К 32 х 16 х 8 3000 НМ. Количества витков в секциях 6 и 7 и обмотке 9 трансформатора равнялись соответственно 300 и 600. Индуктивность секций 6 и 7 была равна 1,2 Гн. Генератор 1 был выполнен на основе операционного усилителя 10 типа К 157 УД1. Емкость резонансного конденсатора 12 равнялась 100 нФ. При указанном значении эквивалентной индуктивности частота генерации составила 2700 Гц. Измеренная с учетом активных сопротивлений катушек 4 и 5 и секций 6 и 7 добротность колебательного контура получилась равной 15. Емкость конденсатора 13 положительной обратной связи была выбрана равной 2,2 нФ, что значительно меньше емкости конденсатора 12. Сопротивление резистора 11 (около 1,8 кОм) подобрано вблизи значения, определяемого условием возникновения автоколебаний. Двуханодный стабилитрон 14 составлялся из последовательно соединенных пяти стабилитронов типа К С 213 Б. При подключении стабилитрона 14 напряжение на трансформаторном мосте 2 снижалось в 4 раза до рабочего напряжения 45 В. При этом искажения синусоидальной формы на осциллографе не наблюдалось. Уход напряжения не превосходил 0,1 В при изменении напряжения питания в пределах от 
5 до 18 В. Кроме того, значение напряжения сохранялось с точностью до 0,8% при уменьшении добротности контура в 1,5 раза, например, за счет воздействия хорошо проводящего предмета. В данном макете чувствительность трансформаторного моста возрастала в 15 раз благодаря резонансу в последовательном контуре и увеличению напряжения на мосте 2 по сравнению с напряжением на выходе операционного усилителя. Дополнительное увеличение чувствительности в 22 раза возникло благодаря включению трансформатора моста 2 по схеме компаратора тока. В предлагаемом устройстве трансформаторный мост совмещает две функции: он используется по прямому назначению, а также служит индуктивным элементом резонансного контура генератора. Благодаря повышению в несколько десятков раз чувствительности моста упрощается структура блока измерения.
Формула изобретения
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее генератор, измерительный блок, трансформатор, измерительную и компенсационную катушки, первые выводы которых объединены, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, генератор выполнен в виде автогенератора, первичная обмотка трансформатора выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, при этом выводы времязадающей цепи автогенератора соединены соответственно с первыми выводами измерительной и компенсационной катушек и общим выводом секций первичной обмотки трансформатора, свободные выводы которых связаны соответственно с вторыми выводами измерительной и компенсационной катушек, а выводы вторичной обмотки трансформатора - с входами измерительного блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что автогенератор выполнен в виде операционного усилителя, выход которого соединен с первыми выводами резонансного конденсатора и резистора обратной связи, второй вывод которого связан с инвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом конденсатора обратной связи, второй вывод которого подсоединен к второму выводу резонансного конденсатора и первому выводу времязадающей цепи автогенератора, второй вывод которой связан с неинвертирующим входом операционного усилителя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
